DE19521673C2 - Process for regenerative exhaust air purification - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regenerativen Abluftreinigung, mit einem Speichermassen aufweisenden Regenerativ-Wärmetauscher, bei dem die Speichermassen abwechselnd von warmer gereinigter Abluft aufgeheizt und von kalter Abluft gekühlt werden.The invention relates to a method for regenerative exhaust air purification, with a storage mass having a regenerative heat exchanger in which the storage masses alternate from warm cleaned exhaust air can be heated and cooled by cold exhaust air.

Bei einer großen Anzahl von industriellen Prozessen entsteht Abluft mit organischen Verunreinigun­ gen, die entweder gesundheitsschädlich sind oder einen schlechten Geruch aufweisen. Solche Abluft wird nach dem Stand der Technik überwiegend thermisch behandelt. Durch Erhitzen auf 800°C werden organische Stoffe verbrannt und damit beseitigt.A large number of industrial processes generate exhaust air with organic contaminants conditions that are either harmful to health or have a bad smell. Such exhaust air is mainly treated thermally according to the prior art. By heating to 800 ° C organic substances are burned and thus eliminated.

Für die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens ist es entscheidend, daß ein möglichst großer An­ teil der Wärmeenergie, der für die Lufterhitzung benötigt wird, im Prozeß selber zur Vorwärmung der verunreinigten Abluft genutzt werden kann. Aus diesem Grund haben sich regenerative Wärmetau­ scher für diese Art der Abluftreinigung durchgesetzt.For the economy of such a process, it is crucial that the largest possible part of the heat energy required for air heating in the process itself to preheat the contaminated exhaust air can be used. For this reason, regenerative heat accumulation sheared for this type of exhaust air purification.

Solche regenerativen Wärmetauscher arbeiten mit mindestens zwei durchströmbaren Körpern aus Wärmespeichermasse, die periodisch umgeschaltet werden von Wärmeaufnahme zur Wärmeabgabe und umgekehrt. Damit ist zwangsläufig verbunden, daß ein Teil des Gasinhaltes der Leitungen und Wärmetauscher kurzzeitig ungereinigt in die Atmosphäre entweicht. Dies kann bei unkritischen Verunreinigungen toleriert werden. In anderen Fällen ist zur Vermeidung dieses Effektes ein zusätzli­ cher Aufwand erforderlich, der darin besteht, daß ein komplettes drittes Regeneratorgefäß mit allen Umschaltarmaturen benötigt wird. Dieses dritte Gefäß ermöglicht dann einen 4-Takt-Betrieb. Dabei dient der zweite und vierte Takt dem Spülen eines Gefäßes mit Reinluft, nachdem es zuvor zum Erhitzen von Abluft geschaltet war. Auf diese Art wird eine pausenlose Abluftreinigung ohne kurzzeiti­ ge Emissionen ermöglicht, allerdings mit einem um 50% erhöhten Aufwand, im Vergleich zu einer einfachen Regeneratorschaltung (Heimlich, B.: Abluftreinigung - wirtschaftliche Verbrennung von Schadstoffen durch regenerative thermische Oxidation. IN: Chemie-Anlagen + Verfahren, April 1992, S. 68).Such regenerative heat exchangers work with at least two flowable bodies Heat storage mass that is switched periodically from heat absorption to heat emission and vice versa. This inevitably means that part of the gas content of the lines and The heat exchanger escapes into the atmosphere for a short time, uncleaned. This can be the case with uncritical Impurities are tolerated. In other cases, an additional is to avoid this effect cher effort required, which is that a complete third regenerator vessel with all Switch fittings is needed. This third vessel then enables 4-stroke operation. Here the second and fourth cycle is used to purge a vessel with clean air after it has been Exhaust air heating was switched. In this way, a non-stop exhaust air cleaning without short-term emissions, but with a 50% increase in effort compared to one simple regenerator circuit (Heimlich, B .: exhaust air cleaning - economical combustion of pollutants through regenerative thermal oxidation. IN: Chemical plants + processes, April 1992, p. 68).

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur regenerativen Abluftreinigung zu schaffen, bei dem durch geeignete Schaltungen und Vorrichtungen auf das zusätz­ lich wegen der Spülzeiten notwendige dritte Regeneratorgefäß verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.The present invention is therefore based on the object of a method for regenerative To create exhaust air purification in which by means of suitable circuits and devices on the additional Third regenerator vessel necessary due to the flushing times can be dispensed with. This object is achieved in the claim specified measures solved.

Die Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Regeneratorgefäß innerhalb von 10-15 sec. gespült werden kann, und nur für diesen Zeitraum wird im Grunde ein drittes Regeneratorgefäß benötig. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen 2-4 angegeben.The solution is based on the knowledge that a Regenerator vessel can be rinsed within 10-15 seconds, and only for this period basically need a third regenerator vessel. Advantageous developments of the method according to claim 1 are in the Sub-claims 2-4 specified.

Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf wird anhand von Fig. 1-Fig. 6 beschrieben.The procedure according to the invention will be described with reference to Fig. 1 Fig. 6.

Ausgehend von einer üblichen Regeneratorschaltung mit 2 Regeneratorgefäßen /1 + 2/ die jeweils ein kaltes Ende unten und ein heißes Ende oben aufweisen und deren heiße Enden durch eine Verbindungs­ leitung /3/ miteinander verbunden sind, wird an der heißen Verbindungsleitung /3/ eine zusätzliche sehr kleine Speichermasse /4/ eingebaut, deren kaltes Ende mit einer zusätzlichen Leitung /5/ und einem zusätzlichen Absperrventil /6/ mit der Reinluftleitung /7/ und dem Gebläse /8/ verbunden ist (Fig. 1). Starting from a conventional regenerator circuit with 2 regenerator vessels / 1 + 2 / each having a cold end at the bottom and a hot end at the top and the hot ends of which are connected to one another by a connecting line / 3 /, an additional one is connected to the hot connecting line / 3 / very small storage mass / 4 / installed, the cold end of which is connected to an additional line / 5 / and an additional shut-off valve / 6 / with the clean air line / 7 / and the blower / 8 / ( FIG. 1).

Des weiteren ist in der Verbindungsleitung /3/ zur Deckung der Wärmeverluste ein Zusatzbrenner /9/ vorgesehen, der dafür sorgt, daß die heißen Enden der Regeneratoren (1, 2 und 4) sowie die Verbin­ dungsleitung /3/ zu jeder Zeit eine Temperatur von 800°C beibehält. In Fig. 1 ist die Anlage in dem Schaltzustand gezeichnet, bei dem die Regeneratormasse /1/ kaltgeblasen und die Masse /2/ aufge­ heizt wird. Fig. 2 gibt den folgenden Schaltzustand wieder, bei dem das Regeneratorgefäß /1/ ge­ spült wird. Während dieser Zeit wird die verunreinigte Abluft dem Regenerator /2/ zugeführt und ver­ läßt das System über den kleinen Regenerator /4/. Gleichzeitig wird Regenerator /1/ mit einem klei­ nen Spülstrom aus Reinluft beaufschlagt und damit für den Schaltzustand nach Fig. 3 vorbereitet, in dem der Gasstrom gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten umgekehrt ist, bei dem daher der Regene­ rator /2/ kaltgeblasen und der Regenerator /1/ aufgeheizt wird. Der in Fig. 4 gezeigte Schaltzustand bewirkt die Spülung des Regenerators (2) mit Reinluft als Vorbereitung für den in Fig. 1 gezeigten Schaltzustand, der sich damit wiederholt.Furthermore, an additional burner / 9 / is provided in the connecting line / 3 / to cover the heat losses, which ensures that the hot ends of the regenerators ( 1 , 2 and 4 ) and the connecting line / 3 / a temperature of at any time Maintains 800 ° C. In Fig. 1, the system is drawn in the switching state in which the regenerator mass / 1 / cold blown and the mass / 2 / is heated up. Fig. 2 shows the following switching state in which the regenerator vessel / 1 / ge is rinsed. During this time, the contaminated exhaust air is fed to the regenerator / 2 / and leaves the system via the small regenerator / 4 /. At the same time, regenerator / 1 / is acted upon with a small flushing stream of pure air and is thus prepared for the switching state according to FIG. 3, in which the gas flow is reversed compared to that shown in FIG. 1, in which therefore the regenerator / 2 / cold blown and the regenerator / 1 / is heated. The switching state shown in FIG. 4 causes the regenerator ( 2 ) to be flushed with clean air in preparation for the switching state shown in FIG. 1, which is repeated.

Die zusätzliche Speichermasse /4/ hat in etwa den gleichen Strömungswiderstand wie die in den Regeneratorgegefäßen (1 und 2) vorhandene, hat aber nur etwa ¼ von deren Querschnitt und nur 1/5 von deren Schichtdicke, ist aber damit für die Dauer der Spülzeit ausreichend dimensioniert. Dies gilt exakt für den Fall, daß die Spüldauer ein 1/20 der Taktzeit beträgt. Mit dieser beispielhaften Dimensionierung der Wärmespeichermasse /4/ wird ebenfalls erreicht, daß der Strömungswiderstand dieser Schicht in etwa der der Massen der Regeneratoren (1 und 2) entspricht. Sie ist so geschaltet, daß sie während der Spülzeit die Abkühlung der bereits erhitzten Abluft bewirkt und sich dabei erhitzt. Da diese Speichermasse /4/ eine sehr viel geringere Oberfläche für den Wärmetausch aufweist, ist ihr Wirkungsgrad schlechter, d. h. das Abgas verläßt den Wärmespeicher mit einer Temperatur von 80-100°C. Dies ist aber für den Wirkungsgrad der gesamten Anlage ohne Bedeutung, da die Spülzeit mit ca. 10 sec. klein ist, gegen die Taktzeit, die 300 sec. beträgt.The additional storage mass / 4 / has approximately the same flow resistance as that in the regenerator vessels ( 1 and 2 ), but has only about ¼ of its cross-section and only 1/5 of its layer thickness, but is therefore sufficient for the duration of the rinsing time dimensioned. This applies exactly in the event that the rinsing time is 1/20 of the cycle time. With this exemplary dimensioning of the heat storage mass / 4 / it is also achieved that the flow resistance of this layer corresponds approximately to that of the masses of the regenerators ( 1 and 2 ). It is switched in such a way that it cools the already heated exhaust air during the purging period and heats up in the process. Since this storage mass / 4 / has a much smaller surface for heat exchange, its efficiency is poorer, ie the exhaust gas leaves the heat accumulator at a temperature of 80-100 ° C. However, this is irrelevant for the efficiency of the entire system, since the flushing time is short at approx. 10 seconds compared to the cycle time, which is 300 seconds.

Die während der Spülzeit im Wärmespeicher /4/ angesammelte Wärmemenge muß dem Gesamt­ system wieder zugeführt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß während der Blaszeiten auf ein­ fachste Weise dadurch, daß ein konstanter Frischluftstrom von 3% der Durchsatzrate durch entspre­ chend dimensionierte Öffnungen unterhalb der Speicherschicht /4/ eingesaugt wird. Bedingt durch die sehr geringe Durchströmungsgeschwindigkeit wird bei diesem Vorgang ein sehr hoher Wirkungs­ grad bei der Wärmerückgewinnung erreicht.The amount of heat accumulated in the heat storage / 4 / during the rinsing time must be returned to the overall system. This is done according to the invention during the blowing times in a simplest manner in that a constant fresh air flow of 3% of the throughput rate is sucked in through appropriately dimensioned openings below the storage layer / 4 /. Due to the very low flow rate, this process achieves a very high degree of heat recovery efficiency.

Es ist grundsätzlich möglich und liegt auch im Sinne der Erfindung, die in Fig. 1 beschriebene Anlage mit vertauschten Rohgas- und Reingasleitungen zu betreiben, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. In diesem Fall wird die kleine Speichermasse /4/ während der Spülzeit kaltgeblasen und muß daher während der Taktzeit wieder erhitzt werden. Diese Erhitzung wird ermöglicht durch Einbau eines Zusatzventilators /10/, der während der Taktzeit einen konstanten Heißluftstrom von 30% der Durch­ satzrate durch den kleinen Regenerator saugt und diesen Teilstrom in die Rohgasleitung einspeist. Es ist denkbar, daß eine solche Schaltung für bestimmte Anwendungsfälle trotz erhöhten Aufwandes Vorteile bietet. It is fundamentally possible and is also within the meaning of the invention to operate the system described in FIG. 1 with interchanged raw gas and clean gas lines, as shown in FIG. 5. In this case, the small storage mass / 4 / is cold-blown during the rinsing time and must therefore be reheated during the cycle time. This heating is made possible by installing an additional fan / 10 /, which sucks a constant hot air flow of 30% of the throughput rate through the small regenerator during the cycle time and feeds this partial flow into the raw gas line. It is conceivable that such a circuit offers advantages for certain applications, despite increased effort.

In neuerer Zeit wurde ein Regenerator [DE 42 36 619 C2] bekannt, bei dem die Speichermasse in einem Ringraum zwischen einem inneren heißen und einem äußeren kalten Rost, die beide zylinderförmig und koaxial zueinander angeordnet sind, untergebracht ist. Die Speichermasse ist meist ein Schüttgut einheitlicher Körnung. Eine solche Regeneratoranordnung läßt sich mit Vorteil mit der hier dargestellten Schaltung kombinieren, so daß beide großen und die kleine Speichermasse nach Fig. 1 in einem Gefäß untergebracht werden können. In Fig. 6 ist eine solche Anlage dargestellt. In einem zylindrischen Gefäß /11/ mit senkrechter Achse ist konzentrisch ein kalter Rost /12/ und ein heißer Rost /14/ eingebaut, zwischen deren Ringraum die Speichermasse /15/ in Form von Schüttgut homogener Körnung eingefüllt ist. Der kalte Rost /12/ ist zweckmäßigerweise aus Lochblech oder Siebgewebe gefertigt, der heiße Rost /14/ ist beispielsweise aus keilförmigen keramischen Lochsteinen zusammengesetzt. Sowohl der heiße Rost /14/ als auch der kalte Rost /12/ sind zweimal in der Höhe von gasundurchlässigen Bereichen /16/ unterbrochen. So werden zwischen Außenwand und kaltem Rost mit den gasundurchlässigen Bereichen /16/ drei ringförmige Sammelkanäle /17/ gebildet, an die die in Fig. 1 gezeigte Anordnung von drei wechselweise geschalteten Zu- und Ableitungen angeschlossen wird. Die Erhitzung der Abluft erfolgt nun während der radialen Durchströmung durch die Speichermasse /15/, den heißen Rost /14/ in den zylindrischen Sammelkanal /18/. Sie wird rückgekühlt während der radialen Durchströmung der Speicherschicht in entgegengesetzter Richtung, wie in Fig. 6 dargestellt.A regenerator [DE 42 36 619 C2] has recently become known in which the storage mass is accommodated in an annular space between an inner hot and an outer cold grate, both of which are arranged in a cylindrical and coaxial manner. The storage mass is usually a bulk material with a uniform grain size. Such a regenerator arrangement can advantageously be combined with the circuit shown here, so that both the large and the small storage mass according to FIG. 1 can be accommodated in one vessel. Such a system is shown in FIG. 6. A cold grate / 12 / and a hot grate / 14 / are installed concentrically in a cylindrical vessel / 11 / with a vertical axis, between whose annular space the storage mass / 15 / is filled in the form of bulk material with a homogeneous grain size. The cold grate / 12 / is expediently made of perforated sheet metal or screen fabric, the hot grate / 14 / is composed, for example, of wedge-shaped ceramic perforated stones. Both the hot grate / 14 / and the cold grate / 12 / are interrupted twice at the level of gas-impermeable areas / 16 /. Thus, between the outer wall and the cold grate with the gas-impermeable areas / 16 / three annular collecting channels / 17 / are formed, to which the arrangement shown in FIG. 1 of three alternately connected supply and discharge lines is connected. The exhaust air is then heated during the radial flow through the storage mass / 15 /, the hot grate / 14 / into the cylindrical collecting duct / 18 /. It is recooled during the radial flow through the storage layer in the opposite direction, as shown in FIG. 6.

Die Speichermasse /15/ aus Schüttgut kann durch verschließbare Öffnungen /19/ oben leicht ein­ gefüllt und durch entsprechende Öffnungen /20/ unten ebenso leicht abgezogen werden. Beim Durchsatz stark verschmutzter Abluft kann hierdurch einem Verstopfen der Speichermasse vorge­ beugt werden.The storage mass / 15 / made of bulk material can be easily filled through closable openings / 19 / at the top and can also be easily removed through corresponding openings / 20 / at the bottom. In the case of throughput of heavily polluted exhaust air, this can prevent the storage mass from becoming clogged.

Im übrigen zeichnet sich diese Anordnung durch sehr geringe Wärmeverluste und einen geringen Druckbedarf für die Durchströmung der Speicherschicht aus.Otherwise, this arrangement is characterized by very low heat losses and a low one Pressure requirement for the flow through the storage layer.

Claims (4)

1. Verfahren zur regenerativen Abluftreinigung mit einem Speichermassen aufweisenden Regenerativ-Wärmetauscher, bei dem die Speichermassen abwechselnd von warmer gereinigter Abluft aufgeheizt und von kalter Abluft gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerativ-Wärmetauscher zwei gleich große stationäre Speichermassen und eine wesentlich kleinere ebenfalls stationäre Speichermasse (4) aufweist, wobei die beiden großen Speichermassen taktweise umgeschaltet werden und die kleine Speichermasse (4) während der Spülzeiten der großen Speichermassen von der kalten Abluft in ein und derselben Richtung durchströmt wird, während die Regeneration der kleinen Speichermasse (4) während der Taktzeit mit Hilfe eines kleinen Stromes warmer Abluft erreicht wird.1. A method for regenerative exhaust air purification with a storage mass having a regenerative heat exchanger, in which the storage masses are alternately heated by warm purified exhaust air and cooled by cold exhaust air, characterized in that the regenerative heat exchanger has two stationary storage masses of the same size and a much smaller one which is also stationary Storage mass ( 4 ), wherein the two large storage masses are switched in cycles and the small storage mass ( 4 ) is flowed through by the cold exhaust air in one and the same direction during the purge times of the large storage masses, while the regeneration of the small storage mass ( 4 ) during Cycle time is achieved with the help of a small stream of warm exhaust air. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Speichermasse (4) ein Wärmespeichervermögen besitzt, das mindestens das k-fache der großen Speichermasse beträgt, wobei
k = Spülzeit : Taktzeit
ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the small storage mass ( 4 ) has a heat storage capacity which is at least k times the large storage mass, wherein
k = flushing time: cycle time
is. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration der kleinen Speichermasse (4) durch einen ständigen Luftstrom bewirkt wird, dessen Stärke das k­ fache des Hauptluftstromes beträgt.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the regeneration of the small storage mass ( 4 ) is effected by a constant air flow, the strength of which is k times the main air flow. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermassen in einem Gefäß untergebracht sind, in dem die Speichermassen ringförmig angeordnet sind und radial durchströmt werden.4. The method according to claims 1-3, characterized in that the storage masses in a vessel in which the storage masses are arranged in a ring and are flowed through radially.